【技术】关于机器人臂展的深度解读

客户在选择机器人的时候不仅要关注负载，还要关注其末端最大工作空间，即机器人末端可达位置点的臂展与最大拾取高度。臂展，是指并联机器人末端在水平面上的最大工作直径，机器人P点在水平面可达到的最远点到机器人基座中心点的距离则为最大工作半径，即臂展的一半。最大拾取高度即最大垂直运动范围，是指机器人P点能够到达的最低点（通常低于机器人的动平台）与最高点之间的范围。

但在实际应用中，不同的机器人、不同的应用场景都影响着机器人臂展的选择。尤其在进行机器人选型时，以下几个技术点要特别注意：

1.机器人末端可达工作空间分为全工作空间与有效性工作空间

以并联机器人为例，全工作空间是给定所有位姿时机器人末端可达点的集合，可利用圆弧相交的方法获得，其形状为一个似伞形的三维空间，图标为W

有效工作空间定义的前提在于机器人驱动机构的限位条件，该条件是通过排除机器人末端的奇异姿态以及实体零部件的干涉情况而给定的安全限位角度。因而，有效工作空间是指在安全限位角度范围内机器人末端可达到的最大有效工作区域，为直观体现有效工作空间，其图形简化为一个圆柱与倒圆台组合的柱形空间（图标D）

考虑客户实际应用情况，本文定义的有效工作空间图形D主要由1个圆柱体、2个倒圆台组成的（如上图所示），其中D3所示的倒圆台近似于倒圆锥。机器人末端在有效工作空间D内，使得机器人整体刚性的大致规律为：水平方向上，P点由基座中心点至最远点时刚性逐渐减弱；垂直方向上：P点由基座中心点至最低点时刚性逐渐减弱。机器人的实际零部件结构的不同导致刚性减弱程度不同。

2. 实际应用中的拾放跨度需要至少小于臂展20CM

每一个公司都会给出机器人的运动范围，但若是将机器人置入实际集成解决方案时，负载、拾放跨度、拾放节拍、传送带的运行速度等相关因素均是影响臂展选型的重要因素。

以下图为例，机器人工作空间与传送带的工作空间重合的部分构成了集成方案的有效拾取空间，位于传送带位置上的A、B两个物品因所处位置不同，经过传送带时，停留在有效拾取空间的时间不同，当机器人本体臂展选择较小时，传递带拾取易出现盲点，更大的臂展也意味着更大的有效拾取空间。

3.并联更具空间占地面积的优势，大臂展也可以大速度

相比其他工业机器人，末端自由度与工作空间原本并不是并联机器人所擅长的领域；且较大的臂展必然掣肘移动速度，生产效率无法得到实质性提升；超大臂展实用场景多为搬运较重物体，极限运行范围、高速、较高负载对于结构稳定性要求极高，而这些困难随着2019年1月D-2600的问世得以改变，2600mm的超大臂展在并联机器人领域内属首列。

该本体属于客户定制款，属3+1轴产品系列，原是为解决客户减少占地面积需求于18年11月份正式立项，耗时2个月，近日完成了最后In-house试验阶段，除实现臂展2600mm之外，最高拾取高度达到890mm，标准节拍（25-305-25门型轨迹）120次/分钟，重复定位精度±0.1mm，不日将在客户现场投入测试。

在臂展大的情况下，尽可能保证速度及负载的良好表现，勃肯特机器人研究院在机械结构方面又有新突破。除传承勃肯特三加一轴原有的结构优势外，受中国传统建筑榫卯结构方式的启发，机器人研究院大胆尝试具有高刚性特征的复合式定平台，该结构大大提升了大臂展结构运行中的稳定性，避免了高负载及高速运转下的刚性误差问题；减速机电机一体化的设计，质量轻、体积小，旋转精度高，扭矩大；第四轴配套的模块化的旋转单元，为大负载高精度的应用场合提供有效的解决方案，工件能够实现精确摆放无需设计二次定位装置。